JP3056062B2 - 半導体発光素子 - Google Patents
半導体発光素子Info
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は半導体発光素子に関
する。
する。
【０００２】
【従来の技術】近年、II−VI族化合物半導体を用いた次
世代の青緑色の発光素子の研究開発が活発に行われてい
る。ジャパニーズ・ジャーナル・オブ・アプライド・フ
ィジックス誌の３３巻の９３８ページに「ＧａＡｓバッ
ファ層を伴うＺｎＣｄＳｅ／ＺｎＳＳｅ／ＺｎＭｇＳＳ
ｅ ＳＣＨ レーザダイオード」と題したII−VI族半導
体レーザダイオード（ＬＤ）の室温レーザ発振の報告が
ある。
世代の青緑色の発光素子の研究開発が活発に行われてい
る。ジャパニーズ・ジャーナル・オブ・アプライド・フ
ィジックス誌の３３巻の９３８ページに「ＧａＡｓバッ
ファ層を伴うＺｎＣｄＳｅ／ＺｎＳＳｅ／ＺｎＭｇＳＳ
ｅ ＳＣＨ レーザダイオード」と題したII−VI族半導
体レーザダイオード（ＬＤ）の室温レーザ発振の報告が
ある。
【０００３】図１１に上述のＬＤの層構造を示す。図１
１に示すように、このＬＤは、活性層に圧縮歪のＺｎＣ
ｄＳｅ層、光閉じ込め層にＧａＡｓと格子整合したＺｎ
ＳＳｅ（ＺｎＳ0.06Ｓｅ0.94）層、クラッド層にＺｎＭ
ｇＳＳｅ（Ｍｇ0.06Ｚｎ0.94Ｓ0.12Ｓｅ0.88）層を有し
ている。
１に示すように、このＬＤは、活性層に圧縮歪のＺｎＣ
ｄＳｅ層、光閉じ込め層にＧａＡｓと格子整合したＺｎ
ＳＳｅ（ＺｎＳ0.06Ｓｅ0.94）層、クラッド層にＺｎＭ
ｇＳＳｅ（Ｍｇ0.06Ｚｎ0.94Ｓ0.12Ｓｅ0.88）層を有し
ている。
【０００４】図示の例では、クラッド層にＭｇを含んだ
ワイドギャップ材料を用い、これによって、電子及びホ
ールの活性層への閉じ込め効率を増加させて、II−VI族
半導体ＬＤの特性を向上させている。
ワイドギャップ材料を用い、これによって、電子及びホ
ールの活性層への閉じ込め効率を増加させて、II−VI族
半導体ＬＤの特性を向上させている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】ところで、短波長化、
低閾値化、及び高温度特性化等のＬＤ特性を向上させる
ためには、前述のように、基板との格子整合を維持した
ままで、さらにワイドギャップを有する材料をクラッド
層として用いることが効果的な方法である。
低閾値化、及び高温度特性化等のＬＤ特性を向上させる
ためには、前述のように、基板との格子整合を維持した
ままで、さらにワイドギャップを有する材料をクラッド
層として用いることが効果的な方法である。
【０００６】Ｓ及びＳｅ等のVI族の原料は、Ａｓ及びＰ
等のＶ族原料よりも蒸気圧が高く、ビームの安定に乏し
い。このため、VI族の原料は、成長室の背景圧を上げて
しまう結果、VI族の分子線を正確に制御して、再現性の
ある成長をすることが困難である。
等のＶ族原料よりも蒸気圧が高く、ビームの安定に乏し
い。このため、VI族の原料は、成長室の背景圧を上げて
しまう結果、VI族の分子線を正確に制御して、再現性の
ある成長をすることが困難である。
【０００７】前述のように、ＧａＡｓ基板に格子整合し
たＬＤ材料であるＺｎＳ0.06Ｓｅ0.94及びＭｇ0.06Ｚｎ
0.94Ｓ0.12Ｓｅ0.88は、VI族の微妙でかつ安定な分子線
制御が必要である。
たＬＤ材料であるＺｎＳ0.06Ｓｅ0.94及びＭｇ0.06Ｚｎ
0.94Ｓ0.12Ｓｅ0.88は、VI族の微妙でかつ安定な分子線
制御が必要である。
【０００８】また、活性層に用いられるＺｎＣｄＳｅ／
ＺｎＳ0.06Ｓｅ0.94の多重量子井戸構造においても、界
面におけるＳビームのきれを制御することが難しい。
ＺｎＳ0.06Ｓｅ0.94の多重量子井戸構造においても、界
面におけるＳビームのきれを制御することが難しい。
【０００９】一方、Ｓの背景圧を下げるために、量子井
戸界面で成長中断して待機していると、表面に不純物が
吸着して界面の結晶品質を低下させてしまう。また、II
−VI結晶本来の脆弱性に加えて、ＺｎＣｄＳｅに１〜２
％の強歪みを加えているという点も、界面の組成の安定
性等の結晶品質に関わってくる。
戸界面で成長中断して待機していると、表面に不純物が
吸着して界面の結晶品質を低下させてしまう。また、II
−VI結晶本来の脆弱性に加えて、ＺｎＣｄＳｅに１〜２
％の強歪みを加えているという点も、界面の組成の安定
性等の結晶品質に関わってくる。
【００１０】このように、Ｓｅ／ＳＳｅ界面を含むＬＤ
には、VI族の分子線制御が難しく、このことが、ＬＤ素
子の歩留まり及び長寿命化等に大きく影響している。つ
まり、ＬＤ素子の歩留まりが低下するばかりでなく長寿
命化等を図ることが難しい。
には、VI族の分子線制御が難しく、このことが、ＬＤ素
子の歩留まり及び長寿命化等に大きく影響している。つ
まり、ＬＤ素子の歩留まりが低下するばかりでなく長寿
命化等を図ることが難しい。
【００１１】従って、単一のVI族を含む材料系あるいは
一定のVI族組成を有するヘテロ構造が重要である。
一定のVI族組成を有するヘテロ構造が重要である。
【００１２】本発明の目的は、高品質の量子井戸構造が
可能であり、基板と格子整合可能なよりワイドギャップ
のII−VI族半導体混晶層を有する半導体発光素子を提供
することにある。
可能であり、基板と格子整合可能なよりワイドギャップ
のII−VI族半導体混晶層を有する半導体発光素子を提供
することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】本発明よれば、ＧａＡｓ
基板あるいはＺｎＳｅ基板に格子整合したＭｇ X Ｃｄ
1-X Ｓ（０＜Ｘ＜１）層をクラッド層として用いること
を特徴とする半導体発光素子が得られる。
基板あるいはＺｎＳｅ基板に格子整合したＭｇ X Ｃｄ
1-X Ｓ（０＜Ｘ＜１）層をクラッド層として用いること
を特徴とする半導体発光素子が得られる。
【００１４】さらに、本発明によれば、ＧａＡｓ基板あ
るいはＺｎＳｅ基板に格子整合したＭｇX Ｃｄ1-X Ｓ
（０＜Ｘ＜１）層をクラッド層として用いることを特徴
とする半導体発光素子がえられ、また、ＧａＡｓ基板あ
るいはＺｎＳｅ基板に格子整合したＺｎY Ｃｄ1-Y Ｓ
（０＜Ｙ＜１）層又はＧａＡｓ基板あるいはＺｎＳｅ基
板に格子整合したＭｇX ＺｎY Ｃｄ1-X-Y Ｓ（０＜Ｘ＜
１，０＜Ｙ＜１）層を光閉じ込め層として用いることを
特徴とする半導体発光素子が得られる。
るいはＺｎＳｅ基板に格子整合したＭｇX Ｃｄ1-X Ｓ
（０＜Ｘ＜１）層をクラッド層として用いることを特徴
とする半導体発光素子がえられ、また、ＧａＡｓ基板あ
るいはＺｎＳｅ基板に格子整合したＺｎY Ｃｄ1-Y Ｓ
（０＜Ｙ＜１）層又はＧａＡｓ基板あるいはＺｎＳｅ基
板に格子整合したＭｇX ＺｎY Ｃｄ1-X-Y Ｓ（０＜Ｘ＜
１，０＜Ｙ＜１）層を光閉じ込め層として用いることを
特徴とする半導体発光素子が得られる。
【００１５】そして、本発明の半導体発光素子は、Ｚｎ
Y1Ｃｄ1-Y1Ｓ（０＜Ｙ１＜１）層あるいはＭｇX1ＺｎY1
Ｃｄ1-X1-Y1 Ｓ（０＜Ｘ１＜１，０＜Ｙ１＜１）層を井
戸層、ＭｇX2Ｃｄ1-X2Ｓ（０＜Ｘ２＜１）層あるいはＭ
ｇX3ＺｎY3Ｃｄ1-X3-Y3 Ｓ（０＜Ｘ１＜Ｘ３＜１，０＜
Ｙ３＜１）層を障壁層とする量子井戸活性層を有してい
る。
Y1Ｃｄ1-Y1Ｓ（０＜Ｙ１＜１）層あるいはＭｇX1ＺｎY1
Ｃｄ1-X1-Y1 Ｓ（０＜Ｘ１＜１，０＜Ｙ１＜１）層を井
戸層、ＭｇX2Ｃｄ1-X2Ｓ（０＜Ｘ２＜１）層あるいはＭ
ｇX3ＺｎY3Ｃｄ1-X3-Y3 Ｓ（０＜Ｘ１＜Ｘ３＜１，０＜
Ｙ３＜１）層を障壁層とする量子井戸活性層を有してい
る。
【００１６】この際、量子井戸活性層のウエル層（井戸
層）がバリア層（障壁層）と逆符号の歪を有し、かつウ
エル層及びバリア層の層厚は前記量子井戸活性層全体の
平均歪量の絶対値が０．５％以下となるように設定され
ることが望ましい。
層）がバリア層（障壁層）と逆符号の歪を有し、かつウ
エル層及びバリア層の層厚は前記量子井戸活性層全体の
平均歪量の絶対値が０．５％以下となるように設定され
ることが望ましい。
【００１７】加えて、本発明によれば、井戸層及び障壁
層を備える量子井戸活性層が備えられ、ＧａＡｓ基板あ
るいはＺｎＳｅ基板に対して０％以上かつ２％以下の格
子不整合を有するＺｎY4Ｃｄ1-Y4ＳW Ｓｅ1-W （０＜Ｙ
４＜１，０＜Ｗ＜１）層を前記井戸層として用いること
を特徴とする半導体発光素子が得られ、さらに、井戸層
及び障壁層を備える量子井戸活性層が備えられ、ＧａＡ
ｓ基板あるいはＺｎＳｅ基板に対して０．３％以上かつ
２％以下の格子不整合を有するＭｇX5ＺｎY5Ｃｄ1-X5-Y
5 ＳW1Ｓｅ1-W1（０＜Ｘ５＜１，０＜Ｙ５＜１，０＜Ｗ
１＜１）層を前記障壁層として用いることを特徴とする
半導体発光素子が得られる。
層を備える量子井戸活性層が備えられ、ＧａＡｓ基板あ
るいはＺｎＳｅ基板に対して０％以上かつ２％以下の格
子不整合を有するＺｎY4Ｃｄ1-Y4ＳW Ｓｅ1-W （０＜Ｙ
４＜１，０＜Ｗ＜１）層を前記井戸層として用いること
を特徴とする半導体発光素子が得られ、さらに、井戸層
及び障壁層を備える量子井戸活性層が備えられ、ＧａＡ
ｓ基板あるいはＺｎＳｅ基板に対して０．３％以上かつ
２％以下の格子不整合を有するＭｇX5ＺｎY5Ｃｄ1-X5-Y
5 ＳW1Ｓｅ1-W1（０＜Ｘ５＜１，０＜Ｙ５＜１，０＜Ｗ
１＜１）層を前記障壁層として用いることを特徴とする
半導体発光素子が得られる。
【００１８】そして、前記井戸層としてＺｎY4Ｃｄ1-Y4
ＳW Ｓｅ1-W 層を、前記障壁層としてＭｇX5ＺｎY5Ｃｄ
1-X5-Y5 ＳW1Ｓｅ1-W1層を用い、前記井戸層と前記障壁
層との混晶においてＳとＳｅとの組成比が同一であるこ
とが望ましい。
ＳW Ｓｅ1-W 層を、前記障壁層としてＭｇX5ＺｎY5Ｃｄ
1-X5-Y5 ＳW1Ｓｅ1-W1層を用い、前記井戸層と前記障壁
層との混晶においてＳとＳｅとの組成比が同一であるこ
とが望ましい。
【００１９】また、本発明によれば、光閉じ込め層を備
え、ＧａＡｓ基板あるいはＺｎＳｅ基板に格子整合した
ＭｇX6Ｃｄ1-X6ＳW2Ｓｅ1-W2（０＜Ｘ６＜１，０＜Ｗ２
＜１）層、又はＧａＡｓ基板あるいはＺｎＳｅ基板に格
子整合したＭｇX7ＺｎY7Ｃｄ1-X7-Y7 ＳW3Ｓｅ1-W3（０
＜Ｘ７＜１，０＜Ｙ７＜１，０＜Ｗ３＜１）層を前記光
閉じ込め層として用いることを特徴とする半導体発光素
子が得られる。
え、ＧａＡｓ基板あるいはＺｎＳｅ基板に格子整合した
ＭｇX6Ｃｄ1-X6ＳW2Ｓｅ1-W2（０＜Ｘ６＜１，０＜Ｗ２
＜１）層、又はＧａＡｓ基板あるいはＺｎＳｅ基板に格
子整合したＭｇX7ＺｎY7Ｃｄ1-X7-Y7 ＳW3Ｓｅ1-W3（０
＜Ｘ７＜１，０＜Ｙ７＜１，０＜Ｗ３＜１）層を前記光
閉じ込め層として用いることを特徴とする半導体発光素
子が得られる。
【００２０】この際、井戸層としてＺｎY4Ｃｄ1-Y4ＳW
Ｓｅ1-W 層を、障壁層としてＭｇX5ＺｎY5Ｃｄ1-X5-Y5
ＳW1Ｓｅ1-W1層を用い、井戸層と障壁層との混晶におい
てＳとＳｅとの組成比が同一であることが望ましい。
Ｓｅ1-W 層を、障壁層としてＭｇX5ＺｎY5Ｃｄ1-X5-Y5
ＳW1Ｓｅ1-W1層を用い、井戸層と障壁層との混晶におい
てＳとＳｅとの組成比が同一であることが望ましい。
【００２１】そして、ＩＩ−ＶＩ族半導体であるｎ型ク
ラッド層及びｐ型クラッド層を有し、ｎ型クラッド層の
バンドギャップがｐ型クラッド層のバンドギャップより
小さくなるようにしてもよい。
ラッド層及びｐ型クラッド層を有し、ｎ型クラッド層の
バンドギャップがｐ型クラッド層のバンドギャップより
小さくなるようにしてもよい。
【００２２】
【発明の実施の形態】まず、本発明による半導体発光素
子について説明する。
子について説明する。
【００２３】図８はＳ系II−VI族化合物半導体のバンド
ギャップと格子定数の関係を示した図である。
ギャップと格子定数の関係を示した図である。
【００２４】図８に示されるように、ＧａＡｓ基板に格
子整合するＭｇＣｄＳおよびＺｎＣｄＳ３元混晶の組成
は、それぞれＣｄ0.14Ｍｇ0.86Ｓ、Ｚｎ0.42Ｃｄ0.58Ｓ
である。よって、ＧａＡｓ基板に格子整合するＣｄＭｇ
ＺｎＳ４元混晶は、図８の２点を結ぶ直線上で表され、
その組成は（Ｃｄ0.14Ｍｇ0.86Ｓ）x （Ｚｎ0.42Ｃｄ
0.58Ｓ）1-x （０≦ｘ≦１）で与えられる。
子整合するＭｇＣｄＳおよびＺｎＣｄＳ３元混晶の組成
は、それぞれＣｄ0.14Ｍｇ0.86Ｓ、Ｚｎ0.42Ｃｄ0.58Ｓ
である。よって、ＧａＡｓ基板に格子整合するＣｄＭｇ
ＺｎＳ４元混晶は、図８の２点を結ぶ直線上で表され、
その組成は（Ｃｄ0.14Ｍｇ0.86Ｓ）x （Ｚｎ0.42Ｃｄ
0.58Ｓ）1-x （０≦ｘ≦１）で与えられる。
【００２５】ＺｎＳｅ基板に格子整合するＣｄＭｇＳの
３元混晶あるいはＣｄＭｇＺｎＳの４元混晶の組成も同
様にして図８から求めることができる。
３元混晶あるいはＣｄＭｇＺｎＳの４元混晶の組成も同
様にして図８から求めることができる。
【００２６】図９はＳＳｅ系II−VI族化合物半導体のバ
ンドギャップと格子定数の関係を示した図である。
ンドギャップと格子定数の関係を示した図である。
【００２７】図９に示されるように、ＧａＡｓ基板に格
子整合するＺｎＳＳｅおよびＭｇＣｄＳ３元混晶の組成
は、それぞれＺｎＳ0.06Ｓｅ0.94、Ｍｇ0.86Ｃｄ0.14Ｓ
である。よって、ＧａＡｓ基板に格子整合するＣｄＭｇ
ＺｎＳＳｅ５元混晶は、図９の２点を結ぶ直線上で表さ
れ、その組成は（Ｍｇ0.86Ｃｄ0.14Ｓ）x （ＺｎＳ0.06
Ｓｅ0.94）1-x （０≦ｘ≦１）で与えられる。
子整合するＺｎＳＳｅおよびＭｇＣｄＳ３元混晶の組成
は、それぞれＺｎＳ0.06Ｓｅ0.94、Ｍｇ0.86Ｃｄ0.14Ｓ
である。よって、ＧａＡｓ基板に格子整合するＣｄＭｇ
ＺｎＳＳｅ５元混晶は、図９の２点を結ぶ直線上で表さ
れ、その組成は（Ｍｇ0.86Ｃｄ0.14Ｓ）x （ＺｎＳ0.06
Ｓｅ0.94）1-x （０≦ｘ≦１）で与えられる。
【００２８】ＺｎＳｅ基板に格子整合するＣｄＭｇＺｎ
ＳＳｅの５元混晶の組成も同様にして図９から求めるこ
とができる。
ＳＳｅの５元混晶の組成も同様にして図９から求めるこ
とができる。
【００２９】図１０は、４元および５元混晶のバンドギ
ャップのＭｇ組成依存性を示す図である。
ャップのＭｇ組成依存性を示す図である。
【００３０】図１０に示されるように、ＧａＡｓ基板に
格子整合したＣｄＭｇＺｎＳ４元混晶は、Ｃｄ、Ｍｇ、
ＺｎのII族元素の組成を変えることによって、２．９ｅ
Ｖ〜４．２ｅＶの範囲でバンドギャップを連続的に変え
られる。
格子整合したＣｄＭｇＺｎＳ４元混晶は、Ｃｄ、Ｍｇ、
ＺｎのII族元素の組成を変えることによって、２．９ｅ
Ｖ〜４．２ｅＶの範囲でバンドギャップを連続的に変え
られる。
【００３１】このように、ＧａＡｓと格子整合したＭｇ
ＺｎＣｄＳ４元混晶は、従来例において、光閉じ込め層
に用いられるＺｎＳ0.06Ｓｅ0.94層（バンドギャップ
２．７４ｅＶ）やクラッド層に用いられるＭｇ0.06Ｚｎ
0.94Ｓ0.12Ｓｅ0.88層（バンドギャップ２．９ｅＶ）よ
りバンドギャップを大きく取れる。
ＺｎＣｄＳ４元混晶は、従来例において、光閉じ込め層
に用いられるＺｎＳ0.06Ｓｅ0.94層（バンドギャップ
２．７４ｅＶ）やクラッド層に用いられるＭｇ0.06Ｚｎ
0.94Ｓ0.12Ｓｅ0.88層（バンドギャップ２．９ｅＶ）よ
りバンドギャップを大きく取れる。
【００３２】このため、本発明のＭｇＺｎＣｄＳ４元混
晶を光閉じ込め層やクラッド層に用いたＬＤでは電子と
ホールの活性層への閉じ込め効率がさらに増加できる。
その結果、II−VI族半導体ＬＤの特性をより一層向上さ
せることができる。また、ＭｇＺｎＣｄＳはＣｄを含む
ので結晶品質の良いものが得られる。
晶を光閉じ込め層やクラッド層に用いたＬＤでは電子と
ホールの活性層への閉じ込め効率がさらに増加できる。
その結果、II−VI族半導体ＬＤの特性をより一層向上さ
せることができる。また、ＭｇＺｎＣｄＳはＣｄを含む
ので結晶品質の良いものが得られる。
【００３３】本発明のＺｎＣｄＳ／ＣｄＭｇＺｎＳの量
子井戸構造を有する半導体発光素子は、量子井戸構造の
VI族元素としてＳのみを含み、量子井戸界面でのVI族元
素の切り替えがないので、高品質の量子井戸構造の活性
層を有するＬＤを容易に作製できる。
子井戸構造を有する半導体発光素子は、量子井戸構造の
VI族元素としてＳのみを含み、量子井戸界面でのVI族元
素の切り替えがないので、高品質の量子井戸構造の活性
層を有するＬＤを容易に作製できる。
【００３４】同様に、本発明のＺｎＣｄＳＳｅ／ＣｄＭ
ｇＺｎＳＳｅ５元混晶の量子井戸構造を有する半導体発
光素子は、量子井戸構造のＳＳｅVI族組成が一定であ
り、量子井戸界面でのVI族元素の切り替えがないので、
高品質の量子井戸構造の活性層を有するＬＤを容易に作
製できる。
ｇＺｎＳＳｅ５元混晶の量子井戸構造を有する半導体発
光素子は、量子井戸構造のＳＳｅVI族組成が一定であ
り、量子井戸界面でのVI族元素の切り替えがないので、
高品質の量子井戸構造の活性層を有するＬＤを容易に作
製できる。
【００３５】また、量子井戸構造層中のＳあるいはＳＳ
ｅVI族組成が一定であるので、量子井戸界面でのVI族元
素の切り替えに伴う成長中断待機がない。このため、量
子井戸構造層のウエル層とバリア層に逆符号の歪を導入
した歪補償構造の多重量子井戸を容易に作製できる。
ｅVI族組成が一定であるので、量子井戸界面でのVI族元
素の切り替えに伴う成長中断待機がない。このため、量
子井戸構造層のウエル層とバリア層に逆符号の歪を導入
した歪補償構造の多重量子井戸を容易に作製できる。
【００３６】ここで、本発明による半導体発光素子につ
いて具体的に説明する。
いて具体的に説明する。
【００３７】図１（ａ）は本発明の第１の例であるII−
VI族半導体ＬＤ素子の断面構造図である。
VI族半導体ＬＤ素子の断面構造図である。
【００３８】図示のＬＤは、ｎ電極１０、ｎ−ＧａＡｓ
基板１１、層厚３００ｎｍのｎ−ＧａＡｓバッファ層１
２、層厚３０ｎｍのｎ−ＺｎＳｅ層１３、層厚１５０ｎ
ｍのｎ−ＺｎＳＳｅ層１４、層厚１５０ｎｍのｎ−Ｍｇ
0.43Ｚｎ0.21Ｃｄ0.36Ｓ層１５、層厚１μｍのｎ−Ｍｇ
0.86Ｃｄ0.14Ｓクラッド層１６、層厚８０ｎｍのｎ−Ｍ
ｇ0.43Ｚｎ0.21Ｃｄ0.36Ｓ光閉じ込め層１７、量子井戸
活性層１８、層厚８０ｎｍのｐ−Ｍｇ0.43Ｚｎ0.21Ｃｄ
0.36Ｓ光閉じ込め層１９、層厚０．８μｍのｐ−Ｍｇ
0.86Ｃｄ0.14Ｓクラッド層２０、層厚２００ｎｍのｐ−
Ｍｇ0.43Ｚｎ0.21Ｃｄ0.36Ｓ層２１、層厚３００ｎｍの
ｐ−ＺｎＳＳｅ層２２、層厚１００ｎｍのｐ−ＺｎＳｅ
層２３、層厚３０ｎｍのｐ−ＺｎＴｅ／ＺｎＳｅ超格子
層２４、層厚３０ｎｍのｐ−ＺｎＴｅコンタクト層２
５、及びｐ電極２６を備えている。
基板１１、層厚３００ｎｍのｎ−ＧａＡｓバッファ層１
２、層厚３０ｎｍのｎ−ＺｎＳｅ層１３、層厚１５０ｎ
ｍのｎ−ＺｎＳＳｅ層１４、層厚１５０ｎｍのｎ−Ｍｇ
0.43Ｚｎ0.21Ｃｄ0.36Ｓ層１５、層厚１μｍのｎ−Ｍｇ
0.86Ｃｄ0.14Ｓクラッド層１６、層厚８０ｎｍのｎ−Ｍ
ｇ0.43Ｚｎ0.21Ｃｄ0.36Ｓ光閉じ込め層１７、量子井戸
活性層１８、層厚８０ｎｍのｐ−Ｍｇ0.43Ｚｎ0.21Ｃｄ
0.36Ｓ光閉じ込め層１９、層厚０．８μｍのｐ−Ｍｇ
0.86Ｃｄ0.14Ｓクラッド層２０、層厚２００ｎｍのｐ−
Ｍｇ0.43Ｚｎ0.21Ｃｄ0.36Ｓ層２１、層厚３００ｎｍの
ｐ−ＺｎＳＳｅ層２２、層厚１００ｎｍのｐ−ＺｎＳｅ
層２３、層厚３０ｎｍのｐ−ＺｎＴｅ／ＺｎＳｅ超格子
層２４、層厚３０ｎｍのｐ−ＺｎＴｅコンタクト層２
５、及びｐ電極２６を備えている。
【００３９】但し、量子井戸活性層１８は、図１（ｂ）
に示すように、層厚６ｎｍのＺｎ0. 42Ｃｄ0.58Ｓウエル
層２７と層厚８ｎｍのＭｇ0.43Ｚｎ0.21Ｃｄ0.36Ｓバリ
ア層２８を交互に積層した５つのウエル層を有する多重
量子構造である。
に示すように、層厚６ｎｍのＺｎ0. 42Ｃｄ0.58Ｓウエル
層２７と層厚８ｎｍのＭｇ0.43Ｚｎ0.21Ｃｄ0.36Ｓバリ
ア層２８を交互に積層した５つのウエル層を有する多重
量子構造である。
【００４０】このＬＤは、ＧａＡｓ基板に格子整合した
無歪の半導体発光素子であり、クラッド層にＭｇ0.86Ｃ
ｄ0.14Ｓ ３元混晶、光閉じ込め層とバリア層にＭｇ
0.43Ｚｎ0.21Ｃｄ0.36Ｓ ４元混晶、ウエル層にＺｎ
0.42Ｃｄ0.58Ｓ ３元混晶を用いており、この部分はVI
族元素としてＳのみを含むことを特徴とする。
無歪の半導体発光素子であり、クラッド層にＭｇ0.86Ｃ
ｄ0.14Ｓ ３元混晶、光閉じ込め層とバリア層にＭｇ
0.43Ｚｎ0.21Ｃｄ0.36Ｓ ４元混晶、ウエル層にＺｎ
0.42Ｃｄ0.58Ｓ ３元混晶を用いており、この部分はVI
族元素としてＳのみを含むことを特徴とする。
【００４１】上述のＬＤ素子用のウエハは、ＭＢＥ、Ｍ
ＯＣＶＤ、ＭＯＭＢＥ及びガスソースＭＢＥ等の気相成
長法により作製できる。
ＯＣＶＤ、ＭＯＭＢＥ及びガスソースＭＢＥ等の気相成
長法により作製できる。
【００４２】原料としては、Ｃｄ、Ｚｎ、Ｍｇ、Ｓ等の
単体だけでなく、ＣｄＳ、ＺｎＳ、ＺｎＣｌ2 等の化合
物を用いてもよい。有機金属原料を高温でクラッキング
して原料元素を供給してもよい。
単体だけでなく、ＣｄＳ、ＺｎＳ、ＺｎＣｌ2 等の化合
物を用いてもよい。有機金属原料を高温でクラッキング
して原料元素を供給してもよい。
【００４３】ｐドーパントには、ＥＣＲプラズマガンあ
るいは熱分解セルにより供給される励起窒素あるいは中
性ラジカルの窒素プラズマ等を用いる。ｎドーパントに
は、ＺｎＣｌ2 のＣｌまたは金属Ｇａ等を用いる。
るいは熱分解セルにより供給される励起窒素あるいは中
性ラジカルの窒素プラズマ等を用いる。ｎドーパントに
は、ＺｎＣｌ2 のＣｌまたは金属Ｇａ等を用いる。
【００４４】ｎ型のドーピング濃度はすべての層で約８
×１０17ｃｍ-3、ｐ型のドーピング濃度については、ｐ
−Ｍｇ0.43Ｚｎ0.21Ｃｄ0.36Ｓ光閉じ込め層１９および
ｐ−Ｍｇ0.86Ｃｄ0.14Ｓクラッド層２０は１〜５×１０
17ｃｍ-3、ｐ−ＺｎＳＳｅ層２２は８×１０17ｃｍ-3、
ｐ−ＺｎＴｅコンタクト層２５は８×１０18ｃｍ-3程度
である。活性層はアンドープ層である。
×１０17ｃｍ-3、ｐ型のドーピング濃度については、ｐ
−Ｍｇ0.43Ｚｎ0.21Ｃｄ0.36Ｓ光閉じ込め層１９および
ｐ−Ｍｇ0.86Ｃｄ0.14Ｓクラッド層２０は１〜５×１０
17ｃｍ-3、ｐ−ＺｎＳＳｅ層２２は８×１０17ｃｍ-3、
ｐ−ＺｎＴｅコンタクト層２５は８×１０18ｃｍ-3程度
である。活性層はアンドープ層である。
【００４５】但し、ドーピング濃度および３元混晶と４
元混晶の組成及び層厚は、本実施例に限定されず、利得
が最大になるように調整できる。
元混晶の組成及び層厚は、本実施例に限定されず、利得
が最大になるように調整できる。
【００４６】以下の例は、活性層、光閉じ込め層、クラ
ッド層以外は第１の例とほぼ同様の構造であり、ドーピ
ング濃度や光閉じ込め層、クラッド層の層厚も第１の例
と同様である。
ッド層以外は第１の例とほぼ同様の構造であり、ドーピ
ング濃度や光閉じ込め層、クラッド層の層厚も第１の例
と同様である。
【００４７】第２の例のＬＤは、第１の例のＬＤの量子
井戸活性層１８以外は第１の例のＬＤと同じ構造を有
し、量子井戸活性層の部分は、図２に示されるように、
層厚６ｎｍのＺｎ0.2 Ｃｄ0.8 Ｓウエル層２９と層厚１
０ｎｍのＭｇ0.43Ｚｎ0.21Ｃｄ0.36Ｓバリア層２８を交
互に積層した２つのウエル層を有する多重量子構造であ
る。第２の例のＬＤはウエル層に１．５％程度の圧縮歪
を有することを特徴とする。
井戸活性層１８以外は第１の例のＬＤと同じ構造を有
し、量子井戸活性層の部分は、図２に示されるように、
層厚６ｎｍのＺｎ0.2 Ｃｄ0.8 Ｓウエル層２９と層厚１
０ｎｍのＭｇ0.43Ｚｎ0.21Ｃｄ0.36Ｓバリア層２８を交
互に積層した２つのウエル層を有する多重量子構造であ
る。第２の例のＬＤはウエル層に１．５％程度の圧縮歪
を有することを特徴とする。
【００４８】第３の例のＬＤは、第１の例のＬＤの量子
井戸活性層１８以外は第１の例のＬＤと同じ構造を有
し、量子井戸活性層の部分は、図３に示されるように、
層厚６ｎｍのＺｎ0.2 Ｃｄ0.8 Ｓウエル層（圧縮歪）２
９と層厚６ｎｍのＭｇ0.26Ｚｎ0.49Ｃｄ0.25Ｓバリア層
（引張歪）３０を交互に積層した５つのウエル層を有す
る多重量子構造である。
井戸活性層１８以外は第１の例のＬＤと同じ構造を有
し、量子井戸活性層の部分は、図３に示されるように、
層厚６ｎｍのＺｎ0.2 Ｃｄ0.8 Ｓウエル層（圧縮歪）２
９と層厚６ｎｍのＭｇ0.26Ｚｎ0.49Ｃｄ0.25Ｓバリア層
（引張歪）３０を交互に積層した５つのウエル層を有す
る多重量子構造である。
【００４９】第３の例のＬＤは、ウエル層に圧縮歪、バ
リア層に引張歪が導入されており、量子井戸活性層全体
の平均の歪み量がほぼ０になるようにウエル層とバリア
層の層厚が設計された、歪補償された多重量子井戸構造
の活性層を有することを特徴とする。
リア層に引張歪が導入されており、量子井戸活性層全体
の平均の歪み量がほぼ０になるようにウエル層とバリア
層の層厚が設計された、歪補償された多重量子井戸構造
の活性層を有することを特徴とする。
【００５０】第４の例のＬＤは、第１の例のＬＤのｎ−
Ｍｇ0.86Ｃｄ0.14Ｓクラッド層１６（バンドギャップ
４．２ｅＶ）をｎ−Ｍｇ0.6 Ｚｎ0.13Ｃｄ0.27Ｓクラッ
ド層（バンドギャップ３．８ｅＶ）で置き換えたこと以
外は第１の例のＬＤと同じ構造を有するＬＤである。
Ｍｇ0.86Ｃｄ0.14Ｓクラッド層１６（バンドギャップ
４．２ｅＶ）をｎ−Ｍｇ0.6 Ｚｎ0.13Ｃｄ0.27Ｓクラッ
ド層（バンドギャップ３．８ｅＶ）で置き換えたこと以
外は第１の例のＬＤと同じ構造を有するＬＤである。
【００５１】第４の例のＬＤは、電子の注入効率を向上
させるためにｎクラッド層のバンドギャップをｐクラッ
ド層のバンドギャップより減少させた非対称構造を有す
ることを特徴とする。
させるためにｎクラッド層のバンドギャップをｐクラッ
ド層のバンドギャップより減少させた非対称構造を有す
ることを特徴とする。
【００５２】図４（ａ）は、本発明の第５の例であるII
−VI族半導体ＬＤ素子の断面構造図である。
−VI族半導体ＬＤ素子の断面構造図である。
【００５３】第５の例のＬＤは、ｎ電極４０、ｎ−Ｇａ
Ａｓ基板４１、ｎ−ＧａＡｓバッファ層４２、ｎ−Ｚｎ
Ｓｅ層４３、ｎ−ＺｎＳＳｅ層４４、ｎ−Ｚｎ0.42Ｃｄ
0.58Ｓ層４５、ｎ−Ｍｇ0.6 Ｚｎ0.13Ｃｄ0.27Ｓクラッ
ド層４６、ｎ−Ｍｇ0.34Ｚｎ0.25Ｃｄ0.41Ｓ光閉じ込め
層４７、量子井戸活性層４８、ｐ−Ｍｇ0.34Ｚｎ0.25Ｃ
ｄ0.41Ｓ光閉じ込め層４９、ｐ−Ｍｇ0.6 Ｚｎ0.13Ｃｄ
0.27Ｓクラッド層５０、ｐ−Ｚｎ0.42Ｃｄ0.58Ｓ層５
１、ｐ−ＺｎＳＳｅ層５２、ｐ−ＺｎＳｅ層５３、ｐ−
ＺｎＴｅ／ＺｎＳｅ超格子層５４、ｐ−ＺｎＴｅコンタ
クト層５５、及びｐ電極５６を備えている。
Ａｓ基板４１、ｎ−ＧａＡｓバッファ層４２、ｎ−Ｚｎ
Ｓｅ層４３、ｎ−ＺｎＳＳｅ層４４、ｎ−Ｚｎ0.42Ｃｄ
0.58Ｓ層４５、ｎ−Ｍｇ0.6 Ｚｎ0.13Ｃｄ0.27Ｓクラッ
ド層４６、ｎ−Ｍｇ0.34Ｚｎ0.25Ｃｄ0.41Ｓ光閉じ込め
層４７、量子井戸活性層４８、ｐ−Ｍｇ0.34Ｚｎ0.25Ｃ
ｄ0.41Ｓ光閉じ込め層４９、ｐ−Ｍｇ0.6 Ｚｎ0.13Ｃｄ
0.27Ｓクラッド層５０、ｐ−Ｚｎ0.42Ｃｄ0.58Ｓ層５
１、ｐ−ＺｎＳＳｅ層５２、ｐ−ＺｎＳｅ層５３、ｐ−
ＺｎＴｅ／ＺｎＳｅ超格子層５４、ｐ−ＺｎＴｅコンタ
クト層５５、及びｐ電極５６を備えている。
【００５４】但し、量子井戸活性層４８は、図４（ｂ）
に示されるように、層厚６ｎｍのＺｎ0.42Ｃｄ0.58Ｓウ
エル層５８と層厚１０ｎｍのＭｇ0.34Ｚｎ0.25Ｃｄ0.41
Ｓバリア層５７を交互に積層した５つのウエル層を有す
る多重量子井戸構造である。
に示されるように、層厚６ｎｍのＺｎ0.42Ｃｄ0.58Ｓウ
エル層５８と層厚１０ｎｍのＭｇ0.34Ｚｎ0.25Ｃｄ0.41
Ｓバリア層５７を交互に積層した５つのウエル層を有す
る多重量子井戸構造である。
【００５５】第５の例のＬＤは、ＧａＡｓ基板に格子整
合した無歪の半導体発光素子であり、クラッド層にＭｇ
0.6 Ｚｎ0.13Ｃｄ0.27ＳのＳ系４元混晶を有することを
特徴とする。
合した無歪の半導体発光素子であり、クラッド層にＭｇ
0.6 Ｚｎ0.13Ｃｄ0.27ＳのＳ系４元混晶を有することを
特徴とする。
【００５６】図５（ａ）は、本発明の第６の例であるII
−VI族半導体ＬＤ素子の断面構造図である。
−VI族半導体ＬＤ素子の断面構造図である。
【００５７】第６の例のＬＤは、ｎ電極６０、ｎ−Ｇａ
Ａｓ基板６１、ｎ−ＧａＡｓバッファ層６２、ｎ−Ｚｎ
Ｓｅ層６３、ｎ−ＺｎＳＳｅ層６４、ｎ−Ｚｎ0.42Ｃｄ
0.58Ｓ層６５、ｎ−Ｍｇ0.26Ｚｎ0.3 Ｃｄ0.44Ｓクラッ
ド層６６、ｎ−Ｚｎ0.42Ｃｄ0.58Ｓ光閉じ込め層６７、
量子井戸活性層６８、ｐ−Ｚｎ0.42Ｃｄ0.58Ｓ光閉じ込
め層６９、ｐ−Ｍｇ0.43Ｚｎ0.22Ｃｄ0.35Ｓクラッド層
７０、ｐ−Ｚｎ0.42Ｃｄ0.58Ｓ層７１、ｐ−ＺｎＳＳｅ
層７２、ｐ−ＺｎＳｅ層７３、ｐ−ＺｎＴｅ／ＺｎＳｅ
超格子層７４、ｐ−ＺｎＴｅコンタクト層７５、及びｐ
電極７６を備えている。
Ａｓ基板６１、ｎ−ＧａＡｓバッファ層６２、ｎ−Ｚｎ
Ｓｅ層６３、ｎ−ＺｎＳＳｅ層６４、ｎ−Ｚｎ0.42Ｃｄ
0.58Ｓ層６５、ｎ−Ｍｇ0.26Ｚｎ0.3 Ｃｄ0.44Ｓクラッ
ド層６６、ｎ−Ｚｎ0.42Ｃｄ0.58Ｓ光閉じ込め層６７、
量子井戸活性層６８、ｐ−Ｚｎ0.42Ｃｄ0.58Ｓ光閉じ込
め層６９、ｐ−Ｍｇ0.43Ｚｎ0.22Ｃｄ0.35Ｓクラッド層
７０、ｐ−Ｚｎ0.42Ｃｄ0.58Ｓ層７１、ｐ−ＺｎＳＳｅ
層７２、ｐ−ＺｎＳｅ層７３、ｐ−ＺｎＴｅ／ＺｎＳｅ
超格子層７４、ｐ−ＺｎＴｅコンタクト層７５、及びｐ
電極７６を備えている。
【００５８】但し、量子井戸活性層６８は、図５（ｂ）
に示されるように、層厚７ｎｍのＺｎ0.8 Ｃｄ0.2 Ｓｅ
ウエル層７８と層厚１０ｎｍのＺｎ0.42Ｃｄ0.58Ｓバリ
ア層７７を交互に積層した２つのウエル層を有する多重
量子井戸構造である。
に示されるように、層厚７ｎｍのＺｎ0.8 Ｃｄ0.2 Ｓｅ
ウエル層７８と層厚１０ｎｍのＺｎ0.42Ｃｄ0.58Ｓバリ
ア層７７を交互に積層した２つのウエル層を有する多重
量子井戸構造である。
【００５９】第６の例のＬＤは、光閉じ込め層およびバ
リア層に３元のＺｎ0.42Ｃｄ0.58Ｓを有することとウエ
ル層にＳｅ系のＺｎ0.8 Ｃｄ0.2 Ｓｅウエル層を有する
ことを特徴とする。
リア層に３元のＺｎ0.42Ｃｄ0.58Ｓを有することとウエ
ル層にＳｅ系のＺｎ0.8 Ｃｄ0.2 Ｓｅウエル層を有する
ことを特徴とする。
【００６０】図６（ａ）は本発明の第７の例であるII−
VI族半導体ＬＤ素子の断面構造図である。
VI族半導体ＬＤ素子の断面構造図である。
【００６１】第７の例のＬＤは、ｎ電極８０、ｎ−Ｇａ
Ａｓ基板８１、ｎ−ＧａＡｓバッファ層８２、ｎ−Ｚｎ
Ｓｅ層８３、ｎ−ＺｎＳＳｅ層８４、ｎ−Ｍｇ0.17Ｚｎ
0.8Ｃｄ0.03Ｓ0.25Ｓｅ0.75クラッド層８５、ｎ−Ｚｎ
Ｓ0.06Ｓｅ0.94光閉じ込め層８６、量子井戸活性層８
７、ｐ−ＺｎＳ0.06Ｓｅ0.94光閉じ込め層８８、ｐ−Ｍ
ｇ0.17Ｚｎ0.8 Ｃｄ0.03Ｓ0.25Ｓｅ0.75クラッド層８
９、ｐ−ＺｎＳＳｅ層９０、ｐ−ＺｎＳｅ層９１、ｐ−
ＺｎＴｅ／ＺｎＳｅ超格子層９２、ｐ−ＺｎＴｅコンタ
クト層９３、及びｐ電極９４を備えている。
Ａｓ基板８１、ｎ−ＧａＡｓバッファ層８２、ｎ−Ｚｎ
Ｓｅ層８３、ｎ−ＺｎＳＳｅ層８４、ｎ−Ｍｇ0.17Ｚｎ
0.8Ｃｄ0.03Ｓ0.25Ｓｅ0.75クラッド層８５、ｎ−Ｚｎ
Ｓ0.06Ｓｅ0.94光閉じ込め層８６、量子井戸活性層８
７、ｐ−ＺｎＳ0.06Ｓｅ0.94光閉じ込め層８８、ｐ−Ｍ
ｇ0.17Ｚｎ0.8 Ｃｄ0.03Ｓ0.25Ｓｅ0.75クラッド層８
９、ｐ−ＺｎＳＳｅ層９０、ｐ−ＺｎＳｅ層９１、ｐ−
ＺｎＴｅ／ＺｎＳｅ超格子層９２、ｐ−ＺｎＴｅコンタ
クト層９３、及びｐ電極９４を備えている。
【００６２】但し、量子井戸活性層８７は、図６（ｂ）
に示されるように、層厚６ｎｍのＺｎ0.8 Ｃｄ0.2 Ｓ
0.06Ｓｅ0.94ウエル層９６と層厚１０ｎｍのＺｎＳ0.06
Ｓｅ0.94バリア層９５を交互に積層した２つのウエル層
を有する多重量子井戸構造である。
に示されるように、層厚６ｎｍのＺｎ0.8 Ｃｄ0.2 Ｓ
0.06Ｓｅ0.94ウエル層９６と層厚１０ｎｍのＺｎＳ0.06
Ｓｅ0.94バリア層９５を交互に積層した２つのウエル層
を有する多重量子井戸構造である。
【００６３】第７の例のＬＤは、クラッド層に５元のＭ
ｇ0.17Ｚｎ0.8 Ｃｄ0.03Ｓ0.25Ｓｅ0.75層を有すること
とバリア層とウエル層のVI族組成比がＳ0.06Ｓｅ0.94と
一定である量子井戸構造を有することを特徴とする。
ｇ0.17Ｚｎ0.8 Ｃｄ0.03Ｓ0.25Ｓｅ0.75層を有すること
とバリア層とウエル層のVI族組成比がＳ0.06Ｓｅ0.94と
一定である量子井戸構造を有することを特徴とする。
【００６４】図７（ａ）は本発明の第８の例であるII−
VI族半導体ＬＤ素子の断面構造図である。
VI族半導体ＬＤ素子の断面構造図である。
【００６５】第８の例のＬＤは、ｎ電極１００、ｎ−Ｇ
ａＡｓ基板１０１、ｎ−ＧａＡｓバッファ層１０２、ｎ
−ＺｎＳｅ層１０３、ｎ−ＺｎＳＳｅ層１０４、ｎ−Ｍ
ｇ0.34Ｚｎ0.6 Ｃｄ0.06Ｓ0.44Ｓｅ0.56クラッド層１０
５、ｎ−Ｍｇ0.09Ｚｎ0.9 Ｃｄ0.01Ｓ0.15Ｓｅ0.85光閉
じ込め層１０６、量子井戸活性層１０７、ｐ−Ｍｇ0.09
Ｚｎ0.9 Ｃｄ0.01Ｓ0.15Ｓｅ0.85光閉じ込め層１０８、
ｐ−Ｍｇ0.34Ｚｎ0.6Ｃｄ0.06Ｓ0.44Ｓｅ0.56クラッド
層１０９、ｐ−ＺｎＳＳｅ層１１０、ｐ−ＺｎＳｅ層１
１１、ｐ−ＺｎＴｅ／ＺｎＳｅ超格子層１１２、ｐ−Ｚ
ｎＴｅコンタクト層１１３、及びｐ電極１１４を備えて
いる。
ａＡｓ基板１０１、ｎ−ＧａＡｓバッファ層１０２、ｎ
−ＺｎＳｅ層１０３、ｎ−ＺｎＳＳｅ層１０４、ｎ−Ｍ
ｇ0.34Ｚｎ0.6 Ｃｄ0.06Ｓ0.44Ｓｅ0.56クラッド層１０
５、ｎ−Ｍｇ0.09Ｚｎ0.9 Ｃｄ0.01Ｓ0.15Ｓｅ0.85光閉
じ込め層１０６、量子井戸活性層１０７、ｐ−Ｍｇ0.09
Ｚｎ0.9 Ｃｄ0.01Ｓ0.15Ｓｅ0.85光閉じ込め層１０８、
ｐ−Ｍｇ0.34Ｚｎ0.6Ｃｄ0.06Ｓ0.44Ｓｅ0.56クラッド
層１０９、ｐ−ＺｎＳＳｅ層１１０、ｐ−ＺｎＳｅ層１
１１、ｐ−ＺｎＴｅ／ＺｎＳｅ超格子層１１２、ｐ−Ｚ
ｎＴｅコンタクト層１１３、及びｐ電極１１４を備えて
いる。
【００６６】但し、量子井戸活性層１０７は、図７
（ｂ）に示されるように、層厚６ｎｍのＺｎ0.75Ｃｄ
0.25Ｓ0.25Ｓｅ0.75ウエル層（圧縮歪）１１５と層厚６
ｎｍのＭｇ0.09Ｚｎ0.9 Ｃｄ0.01Ｓ0.15Ｓｅ0.85バリア
層（引張歪）１１６を交互に積層した３つのウエル層を
有する多重量子井戸構造である。
（ｂ）に示されるように、層厚６ｎｍのＺｎ0.75Ｃｄ
0.25Ｓ0.25Ｓｅ0.75ウエル層（圧縮歪）１１５と層厚６
ｎｍのＭｇ0.09Ｚｎ0.9 Ｃｄ0.01Ｓ0.15Ｓｅ0.85バリア
層（引張歪）１１６を交互に積層した３つのウエル層を
有する多重量子井戸構造である。
【００６７】第７の例のＬＤは、バリア層に格子整合し
ていない引張歪の５元混晶を有することとバリア層とウ
エル層のVI族組成比がＳ0.25Ｓｅ0.75と一定でありかつ
歪補償された量子井戸構造を有することを特徴とする。
ていない引張歪の５元混晶を有することとバリア層とウ
エル層のVI族組成比がＳ0.25Ｓｅ0.75と一定でありかつ
歪補償された量子井戸構造を有することを特徴とする。
【００６８】
【発明の効果】以上説明したように、本発明は、ＧａＡ
ｓ等の基板に格子整合したＣｄＭｇＺｎＳ層あるいはＭ
ｇＺｎＳＳｅ層を有する半導体発光素子である。これら
の混晶はバンドギャップが大きく、格子整合時でも２．
９ｅＶ〜４．２ｅＶの広い範囲でバンドギャップを制御
できる。
ｓ等の基板に格子整合したＣｄＭｇＺｎＳ層あるいはＭ
ｇＺｎＳＳｅ層を有する半導体発光素子である。これら
の混晶はバンドギャップが大きく、格子整合時でも２．
９ｅＶ〜４．２ｅＶの広い範囲でバンドギャップを制御
できる。
【００６９】これらの混晶を半導体ＬＤのクラッド層に
適用した場合、キャリアの閉じ込め効率が大きく増加す
る。また量子井戸構造のウエル層とバリア層のVI族組成
を同一にできるので高品質の量子井戸構造層あるいは歪
補償多重量子井戸構造層が得られる。その結果、従来困
難であった発光波長の短波長化、低閾値化、高温度特性
化、高出力化、長寿命化等のＬＤ特性の大幅な向上が実
現できるという効果がある。
適用した場合、キャリアの閉じ込め効率が大きく増加す
る。また量子井戸構造のウエル層とバリア層のVI族組成
を同一にできるので高品質の量子井戸構造層あるいは歪
補償多重量子井戸構造層が得られる。その結果、従来困
難であった発光波長の短波長化、低閾値化、高温度特性
化、高出力化、長寿命化等のＬＤ特性の大幅な向上が実
現できるという効果がある。
【図１】本発明による半導体発光素子の第１の例を示す
図であり、（ａ）は半導体発光素子の断面図、（ｂ）は
量子井戸活性層の断面図である。
図であり、（ａ）は半導体発光素子の断面図、（ｂ）は
量子井戸活性層の断面図である。
【図２】本発明による半導体発光素子の第２の例におけ
る活性層部分の断面図である。
る活性層部分の断面図である。
【図３】本発明による半導体発光素子の第３の例におけ
る活性層部分の断面図である。
る活性層部分の断面図である。
【図４】本発明による半導体発光素子の第５の例を示す
図であり、（ａ）は半導体発光素子の断面図、（ｂ）は
量子井戸活性層の断面図である。
図であり、（ａ）は半導体発光素子の断面図、（ｂ）は
量子井戸活性層の断面図である。
【図５】本発明による半導体発光素子の第６の例を示す
図であり、（ａ）は半導体発光素子の断面図、（ｂ）は
量子井戸活性層の断面図である。
図であり、（ａ）は半導体発光素子の断面図、（ｂ）は
量子井戸活性層の断面図である。
【図６】本発明による半導体発光素子の第７の例を示す
図であり、（ａ）は半導体発光素子の断面図、（ｂ）は
量子井戸活性層の断面図である。
図であり、（ａ）は半導体発光素子の断面図、（ｂ）は
量子井戸活性層の断面図である。
【図７】本発明による半導体発光素子の第８の例を示す
図であり、（ａ）は半導体発光素子の断面図、（ｂ）は
量子井戸活性層の断面図である。
図であり、（ａ）は半導体発光素子の断面図、（ｂ）は
量子井戸活性層の断面図である。
【図８】Ｓ系II−VI族化合物半導体のバンドギャップと
格子定数との関係を示す図である。
格子定数との関係を示す図である。
【図９】ＳＳｅ系II−VI族化合物半導体のバンドギャッ
プと格子定数との関係を示す図である。
プと格子定数との関係を示す図である。
【図１０】４元及び５元混晶のバンドギャップのＭｇ組
成依存性を示す図である。
成依存性を示す図である。
【図１１】従来のII−VI族化合物半導体発光素子を示す
図である。
図である。
１０，４０，６０，８０，１００ ｎ電極 １１，４１，６１，８１，１０１ ｎ−ＧａＡｓ基板 １２，４２，６２，８２，１０２ ｎ−ＧａＡｓバッフ
ァ層 １３，４３，６３，８３，１０３ ｎ−ＺｎＳｅ層 １４，４４，６４，８４，１０４ ｎ−ＺｎＳＳｅ層 １５ ｎ−Ｍｇ0.43Ｚｎ0.21Ｃｄ0.36Ｓ層 １６ ｎ−Ｍｇ0.86Ｃｄ0.14Ｓクラッド層 １７ ｎ−Ｍｇ0.43Ｚｎ0.21Ｃｄ0.36Ｓ光閉じ込め層 １８，４８，６８，８７，１０７ 量子井戸活性層 １９ ｐ−Ｍｇ0.43Ｚｎ0.21Ｃｄ0.36Ｓ光閉じ込め層 ２０ ｐ−Ｍｇ0.86Ｃｄ0.14Ｓクラッド層 ２１ ｐ−Ｍｇ0.43Ｚｎ0.21Ｃｄ0.36Ｓ層 ２２，５２，７２，９０，１１０ ｐ−ＺｎＳＳｅ層 ２３，５３，７３，９１，１１１ ｐ−ＺｎＳｅ層 ２４，５４，７４，９２，１１２ ｐ−ＺｎＴｅ／Ｚｎ
Ｓｅ超格子層 ２５，５５，７５，９３，１１３ ｐ−ＺｎＴｅコンタ
クト層 ２６，５６，７６，９４，１１４ ｐ電極 ２７，５８ Ｚｎ0.42Ｃｄ0.58Ｓウエル層 ２８ Ｍｇ0.43Ｚｎ0.21Ｃｄ0.36Ｓバリア層 ２９ Ｚｎ0.2 Ｃｄ0.8 Ｓウエル層（圧縮歪） ３０ Ｍｇ0.26Ｚｎ0.49Ｃｄ0.25Ｓバリア層（引張歪） ４５，６５ ｎ−Ｚｎ0.42Ｃｄ0.58Ｓ層 ４６ ｎ−Ｍｇ0.6 Ｚｎ0.13Ｃｄ0.27Ｓクラッド層 ４７ ｎ−Ｍｇ0.34Ｚｎ0.25Ｃｄ0.41Ｓ光閉じ込め層 ４９ ｐ−Ｍｇ0.34Ｚｎ0.25Ｃｄ0.41Ｓ光閉じ込め層 ５０ ｐ−Ｍｇ0.6 Ｚｎ0.13Ｃｄ0.27Ｓクラッド層 ５１ ｐ−Ｚｎ0.42Ｃｄ0.58Ｓ層 ５７ Ｍｇ0.34Ｚｎ0.25Ｃｄ0.41Ｓバリア層 ６６ ｎ−Ｍｇ0.26Ｚｎ0.3 Ｃｄ0.44Ｓクラッド層 ６７ ｎ−Ｚｎ0.42Ｃｄ0.58Ｓ光閉じ込め層 ６９ ｐ−Ｚｎ0.42Ｃｄ0.58Ｓ光閉じ込め層 ７０ ｐ−Ｍｇ0.43Ｚｎ0.22Ｃｄ0.35Ｓクラッド層 ７１ ｐ−Ｚｎ0.42Ｃｄ0.58Ｓ層 ７７ Ｚｎ0.42Ｃｄ0.58Ｓバリア層 ７８ Ｚｎ0.8 Ｃｄ0.2 Ｓｅウエル層 ８５ ｎ−Ｍｇ0.17Ｚｎ0.8 Ｃｄ0.03Ｓ0.25Ｓｅ0.75ク
ラッド層 ８６ ｎ−ＺｎＳ0.06Ｓｅ0.94光閉じ込め層 ８８ ｐ−ＺｎＳ0.06Ｓｅ0.94光閉じ込め層 ８９ ｐ−Ｍｇ0.17Ｚｎ0.8 Ｃｄ0.03Ｓ0.25Ｓｅ0.75ク
ラッド層 ９５ ＺｎＳ0.06Ｓｅ0.94バリア層 ９６ Ｚｎ0.8 Ｃｄ0.2 Ｓ0.06Ｓｅ0.94ウエル層 １０５ ｎ−Ｍｇ0.34Ｚｎ0.6 Ｃｄ0.06Ｓ0.44Ｓｅ0.56
クラッド層 １０６ ｎ−Ｍｇ0.09Ｚｎ0.9 Ｃｄ0.01Ｓ0.15Ｓｅ0.85
光閉じ込め層 １０８ ｐ−Ｍｇ0.09Ｚｎ0.9 Ｃｄ0.01Ｓ0.15Ｓｅ0.85
光閉じ込め層 １０９ ｐ−Ｍｇ0.34Ｚｎ0.6 Ｃｄ0.06Ｓ0.44Ｓｅ0.56
クラッド層 １１５ Ｚｎ0.75Ｃｄ0.25Ｓ0.25Ｓｅ0.75ウエル層（圧
縮歪） １１６ Ｍｇ0.09Ｚｎ0.9 Ｃｄ0.01Ｓ0.15Ｓｅ0.85バリ
ア層（引張歪） １２０ Ｉｎ電極 １２１ ｎ−ＧａＡｓ基板 １２２ ｎ−ＧａＡｓバッファ層 １２３ ＺｎＳｅ：Ｃｌ １２４ ＺｎＳＳｅ：Ｃｌ １２５ Ｚｎx Ｍｇ1-x ＳY Ｓｅ1-Y ：Ｃｌ １２６ ＺｎＳＳｅ：Ｃｌ １２７ ＺｎＣｄＳｅ １２８ ＺｎＳＳｅ：Ｎ １２９ Ｚｎx Ｍｇ1-x ＳY Ｓｅ1-Y ：Ｎ １３０ ＺｎＳＳｅ：Ｎ １３１ ＺｎＳｅ：Ｎ １３２ ＺｎＳｅ：Ｎ／ＺｎＴｅ：Ｎ １３３ ＺｎＴｅ：Ｎ １３４ 絶縁体 １３５ Ｐｄ／Ｐｔ／Ａｕ電極
ァ層 １３，４３，６３，８３，１０３ ｎ−ＺｎＳｅ層 １４，４４，６４，８４，１０４ ｎ−ＺｎＳＳｅ層 １５ ｎ−Ｍｇ0.43Ｚｎ0.21Ｃｄ0.36Ｓ層 １６ ｎ−Ｍｇ0.86Ｃｄ0.14Ｓクラッド層 １７ ｎ−Ｍｇ0.43Ｚｎ0.21Ｃｄ0.36Ｓ光閉じ込め層 １８，４８，６８，８７，１０７ 量子井戸活性層 １９ ｐ−Ｍｇ0.43Ｚｎ0.21Ｃｄ0.36Ｓ光閉じ込め層 ２０ ｐ−Ｍｇ0.86Ｃｄ0.14Ｓクラッド層 ２１ ｐ−Ｍｇ0.43Ｚｎ0.21Ｃｄ0.36Ｓ層 ２２，５２，７２，９０，１１０ ｐ−ＺｎＳＳｅ層 ２３，５３，７３，９１，１１１ ｐ−ＺｎＳｅ層 ２４，５４，７４，９２，１１２ ｐ−ＺｎＴｅ／Ｚｎ
Ｓｅ超格子層 ２５，５５，７５，９３，１１３ ｐ−ＺｎＴｅコンタ
クト層 ２６，５６，７６，９４，１１４ ｐ電極 ２７，５８ Ｚｎ0.42Ｃｄ0.58Ｓウエル層 ２８ Ｍｇ0.43Ｚｎ0.21Ｃｄ0.36Ｓバリア層 ２９ Ｚｎ0.2 Ｃｄ0.8 Ｓウエル層（圧縮歪） ３０ Ｍｇ0.26Ｚｎ0.49Ｃｄ0.25Ｓバリア層（引張歪） ４５，６５ ｎ−Ｚｎ0.42Ｃｄ0.58Ｓ層 ４６ ｎ−Ｍｇ0.6 Ｚｎ0.13Ｃｄ0.27Ｓクラッド層 ４７ ｎ−Ｍｇ0.34Ｚｎ0.25Ｃｄ0.41Ｓ光閉じ込め層 ４９ ｐ−Ｍｇ0.34Ｚｎ0.25Ｃｄ0.41Ｓ光閉じ込め層 ５０ ｐ−Ｍｇ0.6 Ｚｎ0.13Ｃｄ0.27Ｓクラッド層 ５１ ｐ−Ｚｎ0.42Ｃｄ0.58Ｓ層 ５７ Ｍｇ0.34Ｚｎ0.25Ｃｄ0.41Ｓバリア層 ６６ ｎ−Ｍｇ0.26Ｚｎ0.3 Ｃｄ0.44Ｓクラッド層 ６７ ｎ−Ｚｎ0.42Ｃｄ0.58Ｓ光閉じ込め層 ６９ ｐ−Ｚｎ0.42Ｃｄ0.58Ｓ光閉じ込め層 ７０ ｐ−Ｍｇ0.43Ｚｎ0.22Ｃｄ0.35Ｓクラッド層 ７１ ｐ−Ｚｎ0.42Ｃｄ0.58Ｓ層 ７７ Ｚｎ0.42Ｃｄ0.58Ｓバリア層 ７８ Ｚｎ0.8 Ｃｄ0.2 Ｓｅウエル層 ８５ ｎ−Ｍｇ0.17Ｚｎ0.8 Ｃｄ0.03Ｓ0.25Ｓｅ0.75ク
ラッド層 ８６ ｎ−ＺｎＳ0.06Ｓｅ0.94光閉じ込め層 ８８ ｐ−ＺｎＳ0.06Ｓｅ0.94光閉じ込め層 ８９ ｐ−Ｍｇ0.17Ｚｎ0.8 Ｃｄ0.03Ｓ0.25Ｓｅ0.75ク
ラッド層 ９５ ＺｎＳ0.06Ｓｅ0.94バリア層 ９６ Ｚｎ0.8 Ｃｄ0.2 Ｓ0.06Ｓｅ0.94ウエル層 １０５ ｎ−Ｍｇ0.34Ｚｎ0.6 Ｃｄ0.06Ｓ0.44Ｓｅ0.56
クラッド層 １０６ ｎ−Ｍｇ0.09Ｚｎ0.9 Ｃｄ0.01Ｓ0.15Ｓｅ0.85
光閉じ込め層 １０８ ｐ−Ｍｇ0.09Ｚｎ0.9 Ｃｄ0.01Ｓ0.15Ｓｅ0.85
光閉じ込め層 １０９ ｐ−Ｍｇ0.34Ｚｎ0.6 Ｃｄ0.06Ｓ0.44Ｓｅ0.56
クラッド層 １１５ Ｚｎ0.75Ｃｄ0.25Ｓ0.25Ｓｅ0.75ウエル層（圧
縮歪） １１６ Ｍｇ0.09Ｚｎ0.9 Ｃｄ0.01Ｓ0.15Ｓｅ0.85バリ
ア層（引張歪） １２０ Ｉｎ電極 １２１ ｎ−ＧａＡｓ基板 １２２ ｎ−ＧａＡｓバッファ層 １２３ ＺｎＳｅ：Ｃｌ １２４ ＺｎＳＳｅ：Ｃｌ １２５ Ｚｎx Ｍｇ1-x ＳY Ｓｅ1-Y ：Ｃｌ １２６ ＺｎＳＳｅ：Ｃｌ １２７ ＺｎＣｄＳｅ １２８ ＺｎＳＳｅ：Ｎ １２９ Ｚｎx Ｍｇ1-x ＳY Ｓｅ1-Y ：Ｎ １３０ ＺｎＳＳｅ：Ｎ １３１ ＺｎＳｅ：Ｎ １３２ ＺｎＳｅ：Ｎ／ＺｎＴｅ：Ｎ １３３ ＺｎＴｅ：Ｎ １３４ 絶縁体 １３５ Ｐｄ／Ｐｔ／Ａｕ電極
フロントページの続き (56)参考文献 特開 平４−234184（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−3384（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−232496（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−22712（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−369830（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−334272（ＪＰ，Ａ)
Claims (12)
- 【請求項１】 ＧａＡｓ基板あるいはＺｎＳｅ基板上に
II−VI族半導体の活性層、クラッド層を含むダブルへテ
ロ構造を少なくとも有する半導体発光素子であって、前
記基板に格子整合したＭｇX Ｃｄ1-X Ｓ（０＜Ｘ＜１）
層をクラッド層として用いることを特徴とする半導体発
光素子。 - 【請求項２】 ＧａＡｓ基板あるいはＺｎＳｅ基板上に
II−VI族半導体の活性層、クラッド層を含むダブルへテ
ロ構造を少なくとも有し、活性層とクラッド層の間に光
閉じこめ層を有する半導体発光素子であって、前記基板
に格子整合したＺｎY Ｃｄ1-Y Ｓ（０＜Ｙ＜１）層を光
閉じ込め層として用いることを特徴とする半導体発光素
子。 - 【請求項３】 ＧａＡｓ基板あるいはＺｎＳｅ基板上に
II−VI族半導体の活性層、クラッド層を含むダブルへテ
ロ構造を少なくとも有し、活性層とクラッド層の間に光
閉じこめ層を有する半導体発光素子であって、前記基板
に格子整合したＭｇX ＺｎY Ｃｄ1-X-Y Ｓ（０＜Ｘ＜
１，０＜Ｙ＜１）層を光閉じ込め層として用いることを
特徴とする半導体発光素子。 - 【請求項４】 請求項１乃至３のいずれかに記載された
半導体発光素子において、ＺｎY1Ｃｄ1-Y1Ｓ（０＜Ｙ１
＜１）層あるいはＭｇX1ＺｎY1Ｃｄ1-X1-Y1Ｓ（０＜Ｘ
１＜１，０＜Ｙ１＜１）層を井戸層、ＭｇX2Ｃｄ1-X2Ｓ
（０＜Ｘ２＜１）層あるいはＭｇX3ＺｎY3Ｃｄ1-X3-Y3
Ｓ（０＜Ｘ１＜Ｘ３＜１，０＜Ｙ３＜１）層を障壁層と
する量子井戸活性層を有することを特徴とする半導体発
光素子。 - 【請求項５】 請求項４に記載された半導体発光素子に
おいて、前記井戸層は前記障壁層と逆符号の歪を有し、
かつ前記井戸層及び前記障壁層の層厚は前記量子井戸活
性層全体の平均歪量の絶対値が０．５％以下となるよう
に設定されていることを特徴とする半導体発光素子。 - 【請求項６】 ＧａＡｓ基板あるいはＺｎＳｅ基板上に
II−VI族半導体の活性層、クラッド層を含むダブルへテ
ロ構造を少なくとも有する半導体発光素子であって、井
戸層及び障壁層からなる量子井戸活性層を備え、前記基
板に対して０％以上かつ２％以下の格子不整合を有する
ＺｎY4Ｃｄ1-Y4ＳW Ｓｅ1-W （０＜Ｙ４＜１，０＜Ｗ＜
１）層を前記井戸層として用いることを特徴とする半導
体発光素子。 - 【請求項７】 ＧａＡｓ基板あるいはＺｎＳｅ基板上に
II−VI族半導体の活性層、クラッド層を含むダブルへテ
ロ構造を少なくとも有する半導体発光素子であって、井
戸層及び障壁層からなる量子井戸活性層を備え、前記基
板に対して０．３％以上かつ２％以下の格子不整合を有
するＭｇX5ＺｎY5Ｃｄ1-X5-Y5 ＳW1Ｓｅ1-W1（０＜Ｘ５
＜１，０＜Ｙ５＜１，０＜Ｗ１＜１）層を前記障壁層と
して用いることを特徴とする半導体発光素子。 - 【請求項８】 請求項６又は７に記載された半導体発光
素子において、前記井戸層としてＺｎY4Ｃｄ1-Y4ＳW Ｓ
ｅ1-W 層を、前記障壁層としてＭｇX5ＺｎY5Ｃｄ
1-X5-Y5 ＳW1Ｓｅ1-W1層を用い、前記井戸層と前記障壁
層との混晶においてＳとＳｅとの組成比が同一であるこ
とを特徴とする半導体発光素子。 - 【請求項９】 ＧａＡｓ基板あるいはＺｎＳｅ基板上に
II−VI族半導体の活性層、クラッド層を含むダブルへテ
ロ構造を少なくとも有し、活性層とクラッド層の間に光
閉じこめ層を有する半導体発光素子であって、前記基板
に格子整合したＭｇX6Ｃｄ1-X6ＳW2Ｓｅ1-W2（０＜Ｘ６
＜１，０＜Ｗ２＜１）層、又はＧａＡｓ基板あるいはＺ
ｎＳｅ基板に格子整合したＭｇX7ＺｎY7Ｃｄ1-X7-Y7 Ｓ
W3Ｓｅ1-W3（０＜Ｘ７＜１，０＜Ｙ７＜１，０＜Ｗ３＜
１）層を前記光閉じ込め層として用いることを特徴とす
る半導体発光素子。 - 【請求項１０】 請求項９に記載された半導体発光素子
において、井戸層及び障壁層を備える量子井戸活性層を
有し、前記井戸層としてＺｎY4Ｃｄ1-Y4ＳWＳｅ1-W 層
を、前記障壁層としてＭｇX5ＺｎY5Ｃｄ1-X5-Y5 ＳW1Ｓ
ｅ1-W1層を用い、前記井戸層と前記障壁層との混晶にお
いてＳとＳｅとの組成比が同一であることを特徴とする
半導体発光素子。 - 【請求項１１】 請求項８又は１０に記載された半導体
発光素子において、前記井戸層は前記障壁層と逆符号の
歪を有し、かつ前記井戸層及び前記障壁層の層厚が前記
量子井戸活性層全体の平均歪量の絶対値が０．５％以下
になるように設定されていることを特徴とする半導体発
光素子。 - 【請求項１２】 請求項１乃至１１のいずれかに記載さ
れた半導体発光素子において、II−VI族半導体であるｎ
型クラッド層及びｐ型クラッド層を有し、前記ｎ型クラ
ッド層のバンドギャップが前記ｐ型クラッド層のバンド
ギャップより小さいことを特徴とする半導体発光素子。
してもよい。
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8004728A JP3056062B2 (ja) | 1996-01-16 | 1996-01-16 | 半導体発光素子 |
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| JPH09199783A JPH09199783A (ja) | 1997-07-31 |
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Family
ID=11591965
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8004728A Expired - Fee Related JP3056062B2 (ja) | 1996-01-16 | 1996-01-16 | 半導体発光素子 |
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| US8368047B2 (en) | 2009-10-27 | 2013-02-05 | University Of Seoul Industry Cooperation Foundation | Semiconductor device |
| US8058641B2 (en) | 2009-11-18 | 2011-11-15 | University of Seoul Industry Corporation Foundation | Copper blend I-VII compound semiconductor light-emitting devices |
-
1996
- 1996-01-16 JP JP8004728A patent/JP3056062B2/ja not_active Expired - Fee Related
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